圖案形成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及圖案形成方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，首先，在處理對(duì)象膜上形成由第一輻射敏感性組合物制成的第一抗蝕劑膜。然后，對(duì)第一抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第一抗蝕劑圖案。之后，執(zhí)行不溶解處理以使第一抗蝕劑圖案不溶于第二輻射敏感性組合物的溶劑。接著，在第一抗蝕劑圖案上形成由第二輻射敏感性組合物制成的第二抗蝕劑膜。接著，對(duì)第二抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第二抗蝕劑圖案。第一輻射敏感性組合物和第二輻射敏感性組合物中的至少一者由對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的高分子化合物制成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】圖案形成方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)基于并要求2015年4月23日提交的編號(hào)為2015-088519的日本專(zhuān)利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用的方式在此納入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]此處描述的實(shí)施例一般地涉及圖案形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]雙鑲嵌(dual damascene)方法是這樣的一種方法，在該方法中，在被視為處理對(duì)象膜的層間絕緣膜中形成包括接觸孔和溝槽圖案的雙鑲嵌圖案，并且將諸如Cu之類(lèi)的布線材料全部以一個(gè)步驟嵌入雙鑲嵌圖案中。一般而言，在第一輪，通過(guò)光刻步驟和干式蝕刻步驟在處理對(duì)象膜中形成接觸孔，然后在第二輪，通過(guò)光刻步驟和干式蝕刻步驟在處理對(duì)象膜中形成溝槽圖案。另外，近年來(lái)，為了縮短處理步驟并降低成本，還公知具有這樣的一種方法:在此方法中，通過(guò)兩個(gè)光刻步驟在抗蝕劑圖案中形成階梯結(jié)構(gòu)，并且通過(guò)一個(gè)干式蝕刻步驟形成雙鑲嵌圖案。
[0005]然而，隨著尺寸(scaling)的發(fā)展，抗蝕劑膜的厚度已變小以防止諸如圖案倒塌(pattern fall)之類(lèi)的缺陷。因此，抗蝕劑膜的厚度可能不足以執(zhí)行到處理對(duì)象膜的轉(zhuǎn)印(transfer)。如果抗蝕劑膜的厚度不足，則在某些情況下，處理對(duì)象膜無(wú)法被處理到底。特別是，存在這樣的一種情況:其中無(wú)法完成溝槽圖案的形成，從而產(chǎn)生明布線(wiringopen)缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]一般而言，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種圖案形成方法，此方法提高了到待處理膜的圖案轉(zhuǎn)印性能。
[0007]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，首先，在處理對(duì)象膜上形成由第一輻射敏感性組合物制成的第一抗蝕劑膜。然后，對(duì)所述第一抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第一抗蝕劑圖案。之后，執(zhí)行不溶解處理以使所述第一抗蝕劑圖案不溶于第二輻射敏感性組合物的溶劑。接著，在所述第一抗蝕劑圖案上形成由所述第二輻射敏感性組合物制成的第二抗蝕劑膜。接著，對(duì)所述第二抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第二抗蝕劑圖案。所述第一輻射敏感性組合物和所述第二輻射敏感性組合物中的至少一者由對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的高分子化合物制成。
[0008]因此，可以高產(chǎn)地在處理對(duì)象膜中形成孔圖案和與所述孔圖案相連的溝槽圖案。進(jìn)一步地，所述方法包括抗蝕劑圖案，該圖案具有足以蝕刻所述處理對(duì)象膜的厚度。因此，還可以在層間絕緣膜中形成所述溝槽圖案，同時(shí)防止產(chǎn)生明布線缺陷。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1A到1J是示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖案形成方法的順序的實(shí)例的剖視圖；以及
[0010]圖2A到2G是示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施例的圖案形成方法的順序的實(shí)例的剖視圖。【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將參考附圖詳細(xì)地解釋圖案形成方法的示例性實(shí)施例。本發(fā)明不限于以下實(shí)施例。在以下實(shí)施例中使用的半導(dǎo)體器件的剖視圖是示意性的，因此，每個(gè)層的厚度與寬度之間的關(guān)系和/或各層之間的厚度比可能與實(shí)際狀態(tài)不同。進(jìn)一步地，下面所示的膜厚度僅作為示例，并非限制性的。
[0012](第一實(shí)施例)
[0013]圖1A到1J是示意性地示出根據(jù)第一實(shí)施例的圖案形成方法的順序的實(shí)例的剖視圖。此圖案形成方法就使用雙鑲嵌方法在半導(dǎo)體器件中形成接觸件和與接觸件相連的布線的方法而言進(jìn)行解釋。
[0014]首先，如圖1A所示，在布線層10上形成層間絕緣膜21、第一掩模膜(mask film)22 和第二掩模膜23。例如，布線層10具有層間絕緣膜11和在其中形成的布線圖案12,并且被設(shè)置在襯底(未示出)之上。
[0015]層間絕緣膜21被視為處理對(duì)象膜，在該膜中嵌有與布線圖案12相連的接觸件和與該接觸件相連的布線圖案。例如，四乙氧基硅烷(TE0S)膜或S1j莫被用作層間絕緣膜 21。該膜的厚度例如可被設(shè)定為200nm。[〇〇16]第一掩模膜22將被用作用于通過(guò)蝕刻來(lái)處理層間絕緣膜21的掩模。例如，諸如SoC(旋涂碳(Spin on Carbon))膜之類(lèi)的有機(jī)膜被用作第一掩模膜22。該膜的厚度例如可被設(shè)定為200nm。[〇〇17]第二掩模膜23將被用作用于通過(guò)蝕刻來(lái)處理第一掩模膜22和層間絕緣膜21的掩模。例如，諸如SoG(旋涂玻璃(Spin on Glass))膜之類(lèi)的無(wú)機(jī)膜被用作第二掩模膜23。 該膜的厚度例如可被設(shè)定為50nm。
[0018] 然后，如圖1B所示，在第二掩模膜23上形成第一抗蝕劑膜。例如，可通過(guò)使用涂覆方法等施加第一輻射敏感性組合物來(lái)形成第一抗蝕劑膜。該膜的厚度例如可被設(shè)定為 200nm。第一輻射敏感性組合物可以由在普通的光刻步驟中使用的負(fù)型抗蝕劑制成。進(jìn)一步地，第一輻射敏感性組合物是這樣的一種組合物:對(duì)于該組合物，在其顯影時(shí)使用有機(jī)溶劑作為顯影溶液。而且，第一輻射敏感性組合物優(yōu)選地具有這樣的成分:當(dāng)被固化時(shí)，該成分不溶于下面描述的第二輻射敏感性組合物的溶劑。[〇〇19]之后，使用曝光技術(shù)和顯影技術(shù)對(duì)第一抗蝕劑膜構(gòu)圖，以形成第一抗蝕劑圖案24。在該實(shí)例中，形成接觸孔圖案(將被稱(chēng)為孔圖案)24a。更具體地說(shuō)，使用曝光技術(shù)在第一抗蝕劑膜中形成潛像。此曝光例如可采用輻射射線(例如，波長(zhǎng)位于可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的電磁波)。然后，執(zhí)行使用有機(jī)溶劑的顯影工藝，以便形成由已經(jīng)被輻射射線照射的剩余部分構(gòu)成的圖案。用于此的顯影溶液例如可由乙醚(例如，二乙醚、四氫呋喃、或苯甲醚)；酮(例如，丙酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、或環(huán)己酮)；或酯(例如，乙酸丁酯或乙酸異戊酯)制成。 進(jìn)一步地，顯影溶液可由上述有機(jī)溶劑中的多種不同溶劑的混合物制成，此溶液通過(guò)選擇對(duì)所采用的抗蝕劑最適合的溶劑來(lái)制備。通過(guò)將第一抗蝕劑膜浸入顯影溶液預(yù)定的時(shí)間來(lái)執(zhí)行顯影。因此，形成包括具有預(yù)定直徑的孔圖案24a的第一抗蝕劑圖案24。
[0020]然后，如圖1C所示，使第一抗蝕劑圖案24不溶于第二輻射敏感性組合物的溶劑， 從而形成第一抗蝕劑圖案241。該不溶解工藝可以熱處理或能量射線照射處理為例。熱處理可以這樣的工藝為例:在此工藝中，以200°C將包括第一抗蝕劑圖案24的襯底加熱預(yù)定的時(shí)間。進(jìn)一步地，能量射線照射處理可以這樣的工藝為例:在此工藝中，使用諸如電子束或紫外線之類(lèi)的能量射線進(jìn)行照射。因此，獲得處于固化狀態(tài)的第一抗蝕劑圖案241。固化的第一抗蝕劑圖案241展現(xiàn)出不溶于下面描述的第二輻射敏感性組合物的溶劑的特性。
[0021]之后，如圖1D所示，在不溶解的第一抗蝕劑圖案241上形成第二抗蝕劑膜。可通過(guò)使用涂覆方法等施加第二輻射敏感性組合物來(lái)形成第二抗蝕劑膜。第二輻射敏感性組合物是負(fù)型抗蝕劑，其中對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的輻射敏感性高分子化合物(polymer compound)作為溶質(zhì)被溶解在從例如由環(huán)己酮、PGMEA(丙二醇甲醚醋酸酯)、 PGME(丙二醇甲醚)構(gòu)成的組中選擇的至少一種溶劑中。對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的輻射敏感性高分子化合物在聚合物主鏈中包含Si或金屬。該金屬優(yōu)選地為這樣的元素:即使其擴(kuò)散到半導(dǎo)體器件內(nèi)，也不影響或幾乎不影響半導(dǎo)體器件的操作。此類(lèi)金屬可以T1、W、Al、Ta、Hf、Zr或Mo為例。第二輻射敏感性組合物優(yōu)選地為這樣的組合物:對(duì)于該組合物，在其顯影時(shí)使用有機(jī)溶劑作為顯影溶液。第二抗蝕劑膜的厚度例如可被設(shè)定為 200nm。在此，由于已經(jīng)使第一抗蝕劑圖案241不溶于第二輻射敏感性組合物的溶劑，因此當(dāng)形成第二抗蝕劑膜時(shí)，第一抗蝕劑圖案241無(wú)法被第二輻射敏感性組合物的溶劑溶解。
[0022]然后，使用曝光技術(shù)和顯影技術(shù)對(duì)第二抗蝕劑膜構(gòu)圖，從而形成第二抗蝕劑圖案 25。在該實(shí)例中，形成用于嵌入布線圖案的溝槽圖案25a。溝槽圖案25a被形成為其與形成于第一抗蝕劑圖案241中的孔圖案24a相連。溝槽圖案25a可以是孤立的圖案，也可以是線和空間(line-and-space)圖案的一部分。在溝槽圖案25a被形成為線和空間圖案的一部分的情況下，溝槽圖案25a沿著預(yù)定方向延伸并且在與延伸方向交叉的方向上以預(yù)定間隔設(shè)置。在此，當(dāng)溝槽圖案25a以線和空間的形式形成時(shí)，它們不限于直線圖案?？杀灰暈榫€和空間圖案的形式具有這樣的類(lèi)型:其中，諸如引出布線、路由(routing)布線或U形布線之類(lèi)的多種非直線布線沿著與它們的延伸方向交叉的方向設(shè)置。進(jìn)一步地，即使通過(guò)連接圖案而使平行延伸的線圖案相互連接，不包括連接圖案的部分也可被視為線圖案。
[0023]更具體地說(shuō)，使用曝光技術(shù)在第二抗蝕劑膜中形成潛像。該曝光例如可采用輻射射線(例如，波長(zhǎng)位于可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的電磁波)。然后，執(zhí)行使用有機(jī)溶劑的顯影工藝，以便形成由已經(jīng)被輻射射線照射的剩余部分構(gòu)成的圖案。用于此的顯影溶液例如可由乙醚(例如，二乙醚、四氫呋喃、或苯甲醚)；酮(例如，丙酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、或環(huán)己酮)；或酯(例如，乙酸丁酯或乙酸異戊酯)制成。進(jìn)一步地，顯影溶液可由上述有機(jī)溶劑中的多種不同溶劑的混合物制成，此溶液通過(guò)選擇對(duì)所采用的抗蝕劑最適合的溶劑來(lái)制備。通過(guò)將第二抗蝕劑膜浸入顯影溶液預(yù)定的時(shí)間來(lái)執(zhí)行顯影。因此，形成包括溝槽圖案25a的第二抗蝕劑圖案25。
[0024]作為上述處理的結(jié)果，在第二掩模膜23上形成抗蝕劑圖案，以使該抗蝕劑圖案具有階梯結(jié)構(gòu)，此階梯結(jié)構(gòu)包括形成有孔圖案24a的第一抗蝕劑圖案241和具有被設(shè)置在孔圖案24a上的溝槽圖案25a的第二抗蝕劑圖案25。之后，使用干式蝕刻，通過(guò)具有此階梯結(jié)構(gòu)并充當(dāng)掩模的抗蝕劑圖案來(lái)處理所述處理對(duì)象膜。接下來(lái)，將詳細(xì)地解釋后續(xù)步驟。
[0025]如圖1E所示，通過(guò)充當(dāng)掩模的第一抗蝕劑圖案241，執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，以便處理第二掩模膜23。等離子體蝕刻可以RIE (反應(yīng)離子蝕刻)方法等為例。因此，第一抗蝕劑圖案241的孔圖案24a被轉(zhuǎn)印到第二掩模膜23上。在此，盡管通過(guò)轉(zhuǎn)印到第二掩模膜23上形成孔圖案23a，但是第二抗蝕劑圖案25的溝槽圖案25a幾乎沒(méi)有被轉(zhuǎn)印到第一抗蝕劑圖案241上。這是因?yàn)榈谝豢刮g劑圖案241和第二抗蝕劑圖案25之間具有成分差異，這樣，在使用基于碳氟化合物的氣體執(zhí)行蝕刻期間，第一抗蝕劑圖案241的可蝕刻性小于第二抗蝕劑圖案25。
[0026]然后，如圖1F所示，通過(guò)充當(dāng)掩模的第二掩模膜23,執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到第一掩模膜22上形成孔圖案22a。此時(shí)，由于第二抗蝕劑圖案25在聚合物主鏈中包含Si或金屬，因此，對(duì)包含氧作為主要成分的氣體的蝕刻耐受性較高。這樣，在第二抗蝕劑圖案25的溝槽底部處露出的第一抗蝕劑圖案241的一部分被處理得比第二抗蝕劑圖案25快，從而被去除。換言之，通過(guò)充當(dāng)掩模的第二抗蝕劑圖案25,執(zhí)行等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到第一抗蝕劑圖案241上形成溝槽圖案24b。結(jié)果，獲取這樣的一種結(jié)構(gòu):在此結(jié)構(gòu)中，包括孔圖案23a的第二掩模膜23以及分別包括溝槽圖案24b和25a的第一抗蝕劑圖案241和第二抗蝕劑圖案25被設(shè)置在包括孔圖案22a的第一掩模膜22上。
[0027]之后，如圖1G所示，通過(guò)分別包括溝槽圖案24b和25a并且充當(dāng)掩模的第一抗蝕劑圖案241和第二抗蝕劑圖案25,執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到第二掩模膜23上形成溝槽圖案23b。結(jié)果，獲取這樣一種結(jié)構(gòu):在此結(jié)構(gòu)中，形成有溝槽圖案23b的第二掩模膜23和包括溝槽圖案24b的第一抗蝕劑圖案241被設(shè)置在包括孔圖案22a的第一掩模膜22上。進(jìn)一步地，當(dāng)通過(guò)轉(zhuǎn)印到第二掩模膜23上形成溝槽圖案23b時(shí)，通過(guò)充當(dāng)掩模的第一掩模膜22蝕刻被視為處理對(duì)象膜的層間絕緣膜21。這樣，通過(guò)轉(zhuǎn)印到層間絕緣膜21上還形成孔圖案21a。但是，該轉(zhuǎn)印僅在處理第二掩模膜23期間的時(shí)段內(nèi)執(zhí)行，因此變?yōu)榘胛g刻，該半蝕刻僅將層間絕緣膜21向下蝕刻到其厚度的中間部分。
[0028]然后，如圖1H所示，通過(guò)包括溝槽圖案23b并充當(dāng)掩模的第二掩模膜23,執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到第一掩模膜22上形成溝槽圖案22b。此時(shí)，第一抗蝕劑圖案241和第二抗蝕劑圖案25被去除，同時(shí)第一掩模膜22被處理。結(jié)果，獲取這樣一種結(jié)構(gòu):在此結(jié)構(gòu)中，分別形成有溝槽圖案22b和23b的第一掩模膜22和第二掩模膜23被設(shè)置在包括通過(guò)半蝕刻形成的孔圖案21a的層間絕緣膜21上。
[0029]之后，如圖1I所示，通過(guò)分別包括溝槽圖案22b和23b并充當(dāng)掩模的第一掩模膜 22和第二掩模膜23,執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到層間絕緣膜21上形成溝槽圖案21b。此時(shí)，在形成溝槽圖案21b的同時(shí)處理提前形成的孔圖案21a，從而使其先于溝槽圖案21b到達(dá)層間絕緣膜21的下表面。 在孔圖案21a到達(dá)襯底的時(shí)間點(diǎn)完成等離子體蝕刻，這樣，孔圖案21a變?yōu)榻佑|孔，溝槽圖案21b變?yōu)闇喜邸?br>[0030]然后，如圖1J所示，使用PVD(物理氣相沉積)方法或CVD(化學(xué)氣相沉積)方法， 在層間絕緣膜21上以保形(conformal)狀態(tài)形成由諸如Cu之類(lèi)的導(dǎo)電材料制成的種膜(seed film)(未示出)。之后，使用電鍍方法在種膜上形成諸如Cu之類(lèi)的導(dǎo)電材料。然后， 使用CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)方法去除位于層間絕緣膜21的上表面的導(dǎo)電材料膜的一部分。 結(jié)果，由嵌入接觸孔21a的導(dǎo)電材料形成接觸件31，由嵌入溝槽21b的導(dǎo)電材料形成布線圖案32〇
[0031]在該實(shí)例中，圖1G所示的蝕刻僅在處理第二掩模膜23期間執(zhí)行，因此，通過(guò)半蝕刻(僅將層間絕緣膜21向下蝕刻到其厚度的中間)形成孔圖案21a。但是，該蝕刻可被執(zhí)行為在厚度方向上完全穿透層間絕緣膜21。
[0032]根據(jù)第一實(shí)施例，在處理對(duì)象膜上形成有機(jī)第一掩模膜22和無(wú)機(jī)第二掩模膜23， 并且在第二掩模膜23上形成包括孔圖案24a的第一抗蝕劑圖案24。使第一抗蝕劑圖案24 不溶解，然后在不溶解的第一抗蝕劑圖案241上形成包括溝槽圖案25a的第二抗蝕劑圖案 25。第二抗蝕劑圖案25由在聚合物主鏈中包含Si或金屬的高分子化合物制成。然后，交替地執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻和使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。結(jié)果，可以高產(chǎn)地在處理對(duì)象膜中形成孔圖案 21a和與孔圖案21a相連的溝槽圖案21b。進(jìn)一步地，根據(jù)第一實(shí)施例的方法包括第二抗蝕劑圖案25,該圖案具有足以蝕刻處理對(duì)象膜的厚度。因此，可以在層間絕緣膜21中形成溝槽圖案，同時(shí)防止產(chǎn)生明布線缺陷。
[0033](第二實(shí)施例)[〇〇34] 在第一實(shí)施例中，第一抗蝕劑圖案和第二抗蝕劑圖案層疊在掩模膜上以執(zhí)行圖案形成。進(jìn)一步地，第一抗蝕劑圖案由第一輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中既不包含Si，也不包含金屬，而第二抗蝕劑圖案由第二輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中包含Si或金屬。在第二實(shí)施例中，將介紹以下情況:在此情況下，第一抗蝕劑圖案由第二輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中包含Si或金屬，而第二抗蝕劑圖案由第一輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中既不包含Si，也不包含金屬。
[0035]圖2A到2G是示意性地示出根據(jù)第二實(shí)施例的圖案形成方法的順序的實(shí)例的剖視圖。此圖案形成方法就使用雙鑲嵌方法在半導(dǎo)體器件中形成接觸件和與接觸件相連的布線的方法而目進(jìn)行解釋。
[0036]首先，如圖2A所示，在布線層10上形成層間絕緣膜21和抗反射膜51。例如，布線層10和層間絕緣膜21與第一實(shí)施例中描述的布線層和層間絕緣膜相同。層間絕緣膜21 的厚度例如可被設(shè)定為200nm?？狗瓷淠?1由包含吸光物質(zhì)和輻射敏感性高分子化合物的材料制成，并且也充當(dāng)用于處理層間絕緣膜21的掩模?？狗瓷淠?1的厚度例如可被設(shè)定為 90nm。[〇〇37] 然后，在抗反射膜51上形成第一抗蝕劑膜。可通過(guò)使用涂覆方法等施加在第一實(shí)施例中描述的第二輻射敏感性組合物來(lái)形成第一抗蝕劑膜。第二輻射敏感性組合物是包含輻射敏感性高分子化合物的負(fù)型抗蝕劑，該高分子化合物對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性。對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的輻射敏感性高分子化合物在聚合物主鏈中包含Si或金屬。此金屬可以T1、W、Al、Ta、Hf、Zr或M0為例。第二輻射敏感性組合物優(yōu)選地為這樣的組合物:對(duì)于該組合物，在其顯影時(shí)使用有機(jī)溶劑。第一抗蝕劑膜的厚度可被設(shè)定為200nm。
[0038] 之后，使用曝光技術(shù)和顯影技術(shù)對(duì)第一抗蝕劑膜構(gòu)圖，以便形成第一抗蝕劑圖案52。在該實(shí)例中，形成孔圖案52a。更具體地說(shuō)，使用曝光技術(shù)在第一抗蝕劑膜中形成潛像。 此曝光例如可采用輻射射線(例如，波長(zhǎng)位于可見(jiàn)光區(qū)域內(nèi)的電磁波)。然后，執(zhí)行使用有機(jī)溶劑的顯影工藝，以便形成由已經(jīng)被輻射射線照射的剩余部分構(gòu)成的圖案。用于此的顯影溶液例如可由乙醚(例如，二乙醚、四氫呋喃、或苯甲醚)；酮(例如，丙酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、或環(huán)己酮)；或酯(例如，乙酸丁酯或乙酸異戊酯)制成。進(jìn)一步地，顯影溶液可由上述有機(jī)溶劑中的多種不同溶劑的混合物制成，此溶液通過(guò)選擇對(duì)所采用的抗蝕劑最適合的溶劑來(lái)制備。通過(guò)將第一抗蝕劑膜浸入顯影溶液預(yù)定的時(shí)間來(lái)執(zhí)行顯影。因此，形成包括具有預(yù)定直徑的孔圖案52a的第一抗蝕劑圖案52。
[0039]然后，如圖2B所示，使第一抗蝕劑圖案52不溶于第一輻射敏感性組合物的溶劑， 從而形成第一抗蝕劑圖案521。如在第一實(shí)施例中那樣，該不溶解工藝可以熱處理或能量射線照射處理為例。
[0040]之后，如圖2C所示，在不溶解的第一抗蝕劑圖案521上形成第二抗蝕劑膜。可通過(guò)使用涂覆方法等施加第一輻射敏感性組合物來(lái)形成第二抗蝕劑膜。第一輻射敏感性組合物是負(fù)型抗蝕劑，其中輻射敏感性高分子化合物作為溶質(zhì)被溶解在從例如環(huán)己酮、PGMEA和 PGME構(gòu)成的組中選擇的至少一種溶劑中。第一輻射敏感性組合物還優(yōu)選地為這樣的組合物:對(duì)于該組合物，在其顯影時(shí)使用有機(jī)溶劑。第二抗蝕劑膜的厚度可被設(shè)定為200nm。
[0041]然后，使用曝光技術(shù)和顯影技術(shù)對(duì)第二抗蝕劑膜構(gòu)圖，從而形成第二抗蝕劑圖案53。在該實(shí)例中，形成用于嵌入布線圖案的溝槽圖案53a。溝槽圖案53a被形成為其與形成于第一抗蝕劑圖案521中的孔圖案52a相連。溝槽圖案53a可以是孤立的圖案，也可以是線和空間圖案的一部分。
[0042]作為上述處理的結(jié)果，在抗反射膜51上形成抗蝕劑圖案，以使該抗蝕劑圖案具有階梯結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)包括形成有孔圖案52a的第一抗蝕劑圖案521和具有被設(shè)置在孔圖案52a 上的溝槽圖案53a的第二抗蝕劑圖案53。之后，使用干式蝕刻，通過(guò)具有此階梯結(jié)構(gòu)并充當(dāng)掩模的抗蝕劑圖案處理所述處理對(duì)象膜。接下來(lái)，將詳細(xì)地解釋后續(xù)步驟。
[0043]之后，如圖2D所示，通過(guò)充當(dāng)掩模的第一抗蝕劑圖案521，執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到抗反射膜51上形成孔圖案51a。在此，去除在第二抗蝕劑圖案53的溝槽底部處露出的第一抗蝕劑圖案521的一部分。
[0044]然后，如圖2E所示，通過(guò)形成有孔圖案51a并充當(dāng)掩模的抗反射膜51，執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到被視為處理對(duì)象膜的層間絕緣膜21上而形成孔圖案21a。此時(shí)，由于第一抗蝕劑圖案521在聚合物主鏈中包含Si或金屬，因此與第二抗蝕劑圖案53相比，它對(duì)包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體具有較低的耐受性。因此，在第二抗蝕劑圖案53的溝槽底部處露出的第一抗蝕劑圖案521的一部分被處理得比第二抗蝕劑圖案53快，從而被去除。這樣，通過(guò)轉(zhuǎn)印到第一抗蝕劑圖案521上形成溝槽圖案52b。在此，當(dāng)在第二抗蝕劑圖案53的溝槽底部露出的第一抗蝕劑圖案521的一部分被去除時(shí)，蝕刻停止，從而在半蝕刻的情況下停止對(duì)層間絕緣膜21的蝕刻。結(jié)果，獲得這樣一種結(jié)構(gòu):在此結(jié)構(gòu)中，包括孔圖案51a的抗反射膜 51和分別包括溝槽圖案52b和53b的第一抗蝕劑圖案521和第二抗蝕劑圖案53被設(shè)置在包括通過(guò)轉(zhuǎn)印形成的孔圖案21a的層間絕緣膜21上。
[0045]之后，如圖2F所示，通過(guò)分別包括溝槽圖案52b和53b并充當(dāng)掩模的第一抗蝕劑圖案521和第二抗蝕劑圖案53,執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到抗反射膜51上形成溝槽圖案51b。結(jié)果，獲取這樣一種結(jié)構(gòu):在此結(jié)構(gòu)中，形成有溝槽圖案51b的抗反射膜51和形成有溝槽圖案52b的第一抗蝕劑圖案521被設(shè)置在包括通過(guò)半蝕刻形成的孔圖案21a的層間絕緣膜21上。此時(shí)，由于用于在抗反射膜51中形成孔圖案51a和溝槽圖案51b的轉(zhuǎn)印工藝，第二抗蝕劑圖案53已經(jīng)被消耗，從而消失。
[0046]然后，如圖2G所示，通過(guò)充當(dāng)掩模的包括溝槽圖案52b的第一抗蝕劑圖案521和包括溝槽圖案51b的抗反射膜51，執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，從而通過(guò)轉(zhuǎn)印到層間絕緣膜21上形成溝槽圖案21b。此時(shí)，在形成溝槽圖案21b的同時(shí)處理提前形成的孔圖案21a，從而使其先于溝槽圖案21b到達(dá)層間絕緣膜21的下表面。在孔圖案21a到達(dá)襯底的時(shí)間點(diǎn)完成等離子體蝕刻，這樣，孔圖案21a變?yōu)榻佑|孔，溝槽圖案21b變?yōu)闇喜?。在此，由于第一抗蝕劑圖案521在聚合物主鏈中包含Si 或金屬，因此它對(duì)基于碳氟化合物的氣體具有較低的蝕刻耐受性。結(jié)果，在處理層間絕緣膜 21的同時(shí)，此圖案被去除。
[0047]之后，將抗反射膜51暴露于使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體，從而去除抗反射膜51。然后執(zhí)行第一實(shí)施例的圖1J所示的處理，以便由嵌入接觸孔21a的導(dǎo)電材料形成接觸件31，由嵌入溝槽21b的導(dǎo)電材料形成布線圖案32。[〇〇48] 第二實(shí)施例提供與第一實(shí)施例相同的效果。
[0049]在上述實(shí)施例中，介紹了這樣一種情況:在此情況下，第一抗蝕劑圖案24或52以及第二抗蝕劑圖案25或53中的一者由第一輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中既不包含Si，也不包含金屬，而另一者由第二輻射敏感性組合物制成，該組合物在聚合物主鏈中包含Si或金屬。但是，第一抗蝕劑圖案24或52以及第二抗蝕劑圖案25或53這兩者都可以由在聚合物主鏈中包含Si或金屬的輻射敏感性組合物制成。在這種情況下，第一抗蝕劑圖案24或52以及第二抗蝕劑圖案25或53可被設(shè)定為在Si或金屬的濃度(含量)方面彼此不同。如果第二抗蝕劑圖案25或53被設(shè)定為與第一抗蝕劑圖案24或52相比具有較高的Si或金屬濃度，則可應(yīng)用與第一實(shí)施例相同的圖案形成方法。進(jìn)一步地，如果第一抗蝕劑圖案24或52被設(shè)定為與第二抗蝕劑圖案25或53相比具有較高的Si或金屬濃度，則可應(yīng)用與第二實(shí)施例相同的圖案形成方法。
[0050]進(jìn)一步地，上述圖案形成方法可被用于在諸如NAND型閃存之類(lèi)的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件、或諸如ReRAM之類(lèi)的非易失性存儲(chǔ)器件中形成接觸件或通孔和布線。
[0051]盡管已經(jīng)描述了特定實(shí)施例，但是這些實(shí)施例僅通過(guò)舉例的方式給出，并非旨在限制本發(fā)明的范圍。實(shí)際上，此處描述的新穎實(shí)施例可通過(guò)各種其它形式體現(xiàn)；而且，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，可以對(duì)此處描述的實(shí)施例做出形式上的各種省略、替換和更改。所附權(quán)利要求及其等同物旨在涵蓋這些將落在本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)的形式或修改。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種圖案形成方法，包括: 在處理對(duì)象膜上形成由第一輻射敏感性組合物制成的第一抗蝕劑膜； 對(duì)所述第一抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第一抗蝕劑圖案； 執(zhí)行不溶解處理，以使所述第一抗蝕劑圖案不溶于第二輻射敏感性組合物的溶劑； 在所述第一抗蝕劑圖案上形成由所述第二輻射敏感性組合物制成的第二抗蝕劑膜；以及 對(duì)所述第二抗蝕劑膜執(zhí)行曝光和顯影以形成第二抗蝕劑圖案， 其中所述第一輻射敏感性組合物和所述第二輻射敏感性組合物中的至少一者由對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的高分子化合物制成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的所述高分子化合物在聚合物主鏈中包括Si或金屬。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖案形成方法，其中所述金屬是從由T1、W、Al、Ta、Hf、Zr和Mo構(gòu)成的組中選擇的至少一種元素。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中，在執(zhí)行所述第一抗蝕劑膜和所述第二抗蝕劑膜的顯影的過(guò)程中，使用有機(jī)溶劑執(zhí)行所述第一抗蝕劑膜的顯影和所述第二抗蝕劑膜的顯影。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖案形成方法，其中所述有機(jī)溶劑包括乙醚、四氫呋喃、苯甲醚、丙酮、甲基異丁基酮、2-庚酮、環(huán)己酮、乙酸丁酯、以及乙酸異戊酯中的至少一者。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中所述不溶解處理是加熱所述第一抗蝕劑圖案的處理或使用能量射線照射所述第一抗蝕劑圖案的處理。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖案形成方法，其中所述能量射線是電子束或UV光。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中所述第二輻射敏感性組合物的溶劑是從由環(huán)己酮、PGMEA和PGME構(gòu)成的組中選擇的至少一種溶劑。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中所述第一抗蝕劑膜和所述第二抗蝕劑膜由負(fù)型抗蝕劑制成。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，其中所述第一抗蝕劑圖案由設(shè)置有孔圖案的所述第一抗蝕劑膜形成，并且 所述第二抗蝕劑圖案由設(shè)置有與所述孔圖案相連的溝槽圖案的第二抗蝕劑膜形成。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述第一抗蝕劑膜之前，在所述處理對(duì)象膜上形成有機(jī)第一掩模膜和無(wú)機(jī)第二掩模膜；以及 在形成所述第二抗蝕劑圖案之后，通過(guò)等離子體蝕刻在所述處理對(duì)象膜中形成孔圖案和與所述孔圖案相連的溝槽圖案， 其中，在形成所述孔圖案和所述溝槽圖案的過(guò)程中，交替地執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻和使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖案形成方法，其中所述第二輻射敏感性組合物由對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的高分子化合物制成，或者與所述第一輻射敏感性組合物相比，所述第二輻射敏感性組合物對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有更高的耐受性。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖案形成方法，其中所述孔圖案和所述溝槽圖案的形成包括: 通過(guò)執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第一抗蝕劑圖案將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述第二掩模膜上， 通過(guò)執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第二掩模膜將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述第一掩模膜上，以及借助充當(dāng)掩模的所述第二抗蝕劑圖案，將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述第一抗蝕劑圖案上， 通過(guò)執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第一抗蝕劑圖案將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述第二掩模膜上，以及借助充當(dāng)掩模的所述第一掩模膜將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上， 通過(guò)執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助均充當(dāng)掩模的所述第二掩模膜和所述第一抗蝕劑圖案將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述第一掩模膜上，以及 通過(guò)執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第一掩模膜將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖案形成方法，其中，在將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上的過(guò)程中，在完成將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述第二掩模膜上的時(shí)間點(diǎn)，完成使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖案形成方法，其中，在將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上的過(guò)程中，在所述孔圖案到達(dá)所述處理對(duì)象膜的下表面的時(shí)間點(diǎn)，完成使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖案形成方法，其中，在將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上的過(guò)程中，在所述孔圖案到達(dá)所述處理對(duì)象膜的下表面的時(shí)間點(diǎn)，完成使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖案形成方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述第一抗蝕劑膜之前，在所述處理對(duì)象膜上形成有機(jī)掩模膜；以及在形成所述第二抗蝕劑圖案之后，通過(guò)等離子體蝕刻在所述處理對(duì)象膜中形成孔圖案和與所述孔圖案相連的溝槽圖案， 其中，在形成所述孔圖案和所述溝槽圖案的過(guò)程中，交替地執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻和使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖案形成方法，其中所述第一輻射敏感性組合物由對(duì)等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有耐受性的高分子化合物制成，或者與所述第二輻射敏感性組合物相比，所述第一輻射敏感性組合物對(duì)所述等離子體蝕刻時(shí)存在的氧具有更高的耐受性。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的圖案形成方法，其中所述孔圖案和所述溝槽圖案的形成包括: 通過(guò)執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第一抗蝕劑圖案將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述掩模膜上， 通過(guò)執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助充當(dāng)掩模的所述第二抗蝕劑圖案將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述第一抗蝕劑圖案上，以及借助充當(dāng)掩模的所述掩模膜將所述孔圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上， 通過(guò)執(zhí)行使用包含氧作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助均充當(dāng)掩模的所述第二抗蝕劑圖案和所述第一抗蝕劑圖案將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述掩模膜上，以及 通過(guò)執(zhí)行使用包含基于碳氟化合物的氣體作為主要成分的氣體的等離子體蝕刻，借助均充當(dāng)掩模的所述第一抗蝕劑圖案和所述掩模膜將所述溝槽圖案轉(zhuǎn)印到所述處理對(duì)象膜上。20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖案形成方法，進(jìn)一步包括: 在形成所述孔圖案和所述溝槽圖案之后，在所述孔圖案和所述溝槽圖案中嵌入導(dǎo)電材料。
【文檔編號(hào)】G03F7/00GK106066574SQ201510549468
【公開(kāi)日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2015年8月31日 公開(kāi)號(hào)201510549468.0, CN 106066574 A, CN 106066574A, CN 201510549468, CN-A-106066574, CN106066574 A, CN106066574A, CN201510549468, CN201510549468.0
【發(fā)明人】大理知哉, 近藤丈博, 金田直也, 曾田榮一
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